Jaki jest efekt fotoelektryczny

We współczesnym świecie efekt fotowoltaiczny jest stosowany prawie wszędzie: alarmy, panele słoneczne, czujniki itp. Dowiedzmy się bardziej szczegółowo o takim odkryciu.

Historia odkrycia efektu fotoelektrycznego

Efekt fotoelektryczny odkrył pod koniec XIX wieku, a mianowicie w 1887 roku naukowiec G. Hertz, który podczas eksperymentu odkrył, że wyładowanie iskry między kulkami cynku przeskakuje znacznie łatwiej, gdy jedna z kulek jest oświetlona światłem ultrafioletowym.

W tym samym roku A. SOL. Stoletov odkrył, że ładunek uwolniony pod działaniem światła ma znak ujemny.

W 1898 roku Lenard i Thomson odkryli, że ładunek cząstek, który jest odbierany z substancji w wyniku działania strumienia światła, jest równy ładunkowi właściwemu elektronu.

Jak widać, odkrycie to wzbudziło autentyczne zainteresowanie społeczności naukowej i niemal natychmiast wywołało ogromną liczbę fundamentalnych pytań.

A wszystko dlatego, że w tamtym czasie żadna teoria nie potrafiła wyjaśnić tego efektu w żaden akceptowalny sposób.

Oczywiście klasyczna teoria metali nie zabraniała strumieniowi światła wybijania elektronów z metalu.

Zgodnie z klasycznym rozumowaniem, fale elektromagnetyczne mogą dobrze „wypłukiwać” elektrony ze struktury metal w taki sam sposób, w jaki fale morskie wypływają na powierzchnię i uderzają o brzeg w różny sposób materiały.

Jedynym problemem było to, że efektu zdjęcia nie można było tak łatwo wyjaśnić, a oto dlaczego:

1. Elektrony pojawiły się niemal natychmiast po rozpoczęciu procesu naświetlania metalu strumieniem światła.
2. Jak się okazało, efekt fotoelektryczny pojawiał się już przy najsłabszym strumieniu światła, a wraz ze wzrostem natężenia napromieniowania energia „wypłukanych” elektronów pozostawała niezmieniona.
3. Efekt foto jest praktycznie bezwładny.
4. Każda substancja ma swoją własną dolną granicę efektu fotoelektrycznego. To jest częstotliwość, przy której ten efekt jest nadal obserwowany.

Czynniki te nie pasowały do ​​klasycznej wizji interakcji światła z elektronami.

Rozwiązanie tych problemów znalazł słynny fizyk A. Einsteina na samym początku XX wieku. Co więcej, znalezione przez niego rozwiązanie dało poważny impuls do rozwoju mechaniki kwantowej.

Tak więc, na krótko przed odkryciem Einsteina, inny naukowiec, Max Planck, wykazał, że promieniowanie ciała doskonale czarnego może być opisać, zakładając, że atomy mogą zarówno emitować, jak i absorbować światło w określonych porcjach energii - quanta.

Planck wysunął założenie, że takie zjawisko wynika ze specyficznej budowy atomu, a nie z natury światła.

A teraz Albert Einstein wysunął teorię, że samo światło jest rozprowadzane w tak zwanych częściach, które nazywamy fotonami.

W tym przypadku fotony mają dwoistą naturę i mogą zachowywać się jak cząstka i fala.

Zatem podczas interakcji z elektronem foton może zachowywać się jak cząstka i, z grubsza mówiąc, dosłownie wytrącać elektron z orbity atomowej.

Analogicznie, najlepszym rozwiązaniem jest zderzenie dwóch kul bilardowych.

I co ciekawe, aby wybić w ten sposób elektron wystarczy jeden foton. Wraz ze wzrostem natężenia światła rośnie liczba fotonów (a co za tym idzie liczba wybitych elektronów), ale nie energia oddzielnie rozważanego elektronu.

A to oznacza, że ​​ani energia, ani prędkość fotoelektronu w żaden sposób nie zależą od natężenia strumienia świetlnego. Istnieje tylko zależność od częstotliwości.

W wyniku takiego rozumowania naukowiec wyprowadził następującą formułę:

To równanie opisuje energię fotoelektronów.

I okazuje się, że efekt fotoelektryczny to nic innego jak zjawisko interakcji strumienia świetlnego (lub innego elektromagnetycznego promieniowanie) z materiałem, w którym elektron zostaje wybity z atomu substancji w wyniku dokładnego uderzenia kwantu światła pływ.

Jeśli podobał Ci się artykuł, nie zapomnij polubić i udostępnić materiał. Dziękuję za uwagę!